Unity 3D與BIM在斜拉橋施工模擬的應(yīng)用研究

(沈陽建筑大學(xué)交通工程學(xué)院 遼寧 沈陽 110168)

引言

基于BIM(Building Information Modeling)三維信息技術(shù)，建立綜合項(xiàng)目各階段的相關(guān)信息的三維模型[1]。自20世紀(jì)90年代引入BIM技術(shù)以來，它已從概念轉(zhuǎn)向應(yīng)用。目前，BIM在中國的建筑、水電、地鐵隧道等領(lǐng)域已相對(duì)成熟。然而在橋梁工程領(lǐng)域，BIM的應(yīng)用仍處于探索階段。本文采用Unity引擎提取Revit模型中的物理參數(shù)，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工條件，實(shí)現(xiàn)更加個(gè)性化橋梁施工模擬過程。

一、Unity3D及BIM的軟件概述

(一)BIM在橋梁工程的技術(shù)特點(diǎn)。BIM作為橋梁工程、建筑學(xué)和工程學(xué)的新工具，在實(shí)際應(yīng)用中具有自身的優(yōu)勢和價(jià)值。其價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，BIM技術(shù)具有信息完整性的特點(diǎn)[2]。在橋梁施工過程中BIM技術(shù)憑借其信息完整性特點(diǎn)獨(dú)占一席之地。其次，BIM技術(shù)具有模型關(guān)聯(lián)性特點(diǎn)。最后，BIM技術(shù)擁有模型可視化功能。運(yùn)用BIM技術(shù)可以使橋梁工程項(xiàng)目得以全方位、三維立體展現(xiàn)完成效果。

(二)Unity3D軟件介紹。Unity3D是由Unity Technologies開發(fā)的多平臺(tái)集成游戲開發(fā)工具，允許玩家輕松創(chuàng)建交互式內(nèi)容，如3D視頻游戲，建筑可視化，實(shí)時(shí)3D動(dòng)畫等[3]。它是一個(gè)完全集成的專業(yè)游戲引擎,Unity的最大優(yōu)勢在于其跨平臺(tái)的特點(diǎn)，開發(fā)人員可以根據(jù)需要發(fā)布到適當(dāng)?shù)钠脚_(tái)。

二、模擬系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于程序設(shè)計(jì)的基本理念，建筑工程施工仿真系統(tǒng)研發(fā)分為兩個(gè)階段：首先是早期的模型構(gòu)建階段，通過分析規(guī)劃，收集、生產(chǎn)、整理材料，而最終順利構(gòu)建Revit模型;其次，接下來的階段是應(yīng)用Unity3D技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目施工場景的搭建、層次式的用戶界面窗口及鏈接系統(tǒng)各功能模塊的交互作用[4]，最后發(fā)布.EXE可執(zhí)行文件。

三、BIM的橋梁模型建立

圖 1 橋梁總體布置圖

(一)項(xiàng)目概況。本研究的背景是一座單塔混合梁斜拉橋，主跨200m邊跨58m和50m全橋總長308m該橋采用空間索面，塔式梁墩加固體系、中跨鋼梁和邊跨混凝土梁，總體布置圖見圖1。

(二)BIM建模。首先選擇合適的族樣板，通過族編輯器的拉伸、融合、放樣等功能創(chuàng)建該斜拉橋的各個(gè)構(gòu)件族模型，同時(shí)賦予模型各種參數(shù)，包括形狀、尺寸、材質(zhì)等參數(shù)；然后新建項(xiàng)目文件，將各構(gòu)件族文件載入到項(xiàng)目中，通過創(chuàng)建軸網(wǎng)、標(biāo)高、參照平面等來準(zhǔn)確定位各構(gòu)件所放置的位置，最后將各個(gè)構(gòu)件拼裝起來形成完整的橋梁模型。

圖2 BIM橋梁整體模型

四、Unity3D施工模擬設(shè)計(jì)

Unity施工模擬程序設(shè)計(jì)分為3大塊，施工模擬設(shè)計(jì)、UI制作及程序發(fā)布。

在施工模擬設(shè)計(jì)中，Unity 3D僅在模型構(gòu)造中具有基本建模功能。它不能構(gòu)建橋梁等復(fù)雜模型。它無法反映橋內(nèi)的真實(shí)結(jié)構(gòu)。因此，使用Revit制作模型并將模型文件轉(zhuǎn)換為Unity 3D的.FBX格式。

在項(xiàng)目中添加碰撞檢查并在Unity中為不同的構(gòu)件編輯相應(yīng)的腳本，使得構(gòu)件按施工的實(shí)際過程運(yùn)動(dòng)起來。

UI是任何系統(tǒng)中不可或缺的一部分。良好的UI設(shè)計(jì)可以直觀地反映軟件的目的和特征。本文使用了Fairy GUI用于完成UI界面及交互設(shè)置等功能。

Unity可以在各大主流系統(tǒng)平臺(tái)上發(fā)布Unity施工模擬的運(yùn)行程序。可發(fā)布至Windows、Mac、Wii、iPhone、Windows、phone 8和Android平臺(tái)。本文發(fā)布PC端 為Windows系統(tǒng)，效果圖如下：

圖3 PC端施工模擬

五、結(jié)語

橋梁設(shè)計(jì)方法的不斷創(chuàng)新,基于BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)方法已逐漸增加和BIM的施工模擬結(jié)合統(tǒng)一突破BIM軟件平臺(tái)的局限性,從而能夠制定個(gè)性化的模擬,滿足建設(shè)單位的各種需求。與BIM技術(shù)很好數(shù)據(jù)開放的互動(dòng),其核心,借用成熟的工具和其他行業(yè)的操作模式可以使BIM發(fā)揮更大的潛力,從而進(jìn)一步加速BIM技術(shù)在工程行業(yè)的發(fā)展,充分發(fā)揮其實(shí)際在項(xiàng)目中的角色。